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《基于熱-結(jié)構(gòu)耦合的高速車削電主軸特性分析碩士論文》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文基于熱--結(jié)構(gòu)耦合的高速車削電主軸特性分析姓名:周彪申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):機(jī)械制造及其自動化指導(dǎo)教師:馬平201205摘要摘要高速車削電主軸運(yùn)行中,電機(jī)的損耗發(fā)熱和軸承的摩擦發(fā)熱使系統(tǒng)溫度升高。軸承在溫升的影響下,產(chǎn)生熱誘導(dǎo)預(yù)緊力,導(dǎo)致預(yù)緊力增大。軸承預(yù)緊力大小直接決定軸承的剛度大小,而軸承的剛度大小直接影響整個主軸系統(tǒng)的固有頻率大小及動態(tài)響應(yīng)。主軸高速旋轉(zhuǎn)時,軸承的離心力影響也不可忽略。因此,本文通過推導(dǎo)軸承溫升與熱誘導(dǎo)預(yù)緊力的方程,建立車削電主軸的熱態(tài)與主軸系統(tǒng)動態(tài)的耦合模型,分析電主軸的熱態(tài)對主軸系統(tǒng)動態(tài)的影響。以ANSYS軟件為平臺,采用有限元方法
2、先分析車削電主軸的熱.結(jié)構(gòu)特性;再提取電主軸穩(wěn)態(tài)熱分析后的軸承內(nèi)圈、滾珠和外圈溫度值用以計(jì)算熱誘導(dǎo)預(yù)緊力;最后研究熱誘導(dǎo)預(yù)緊力和離心力聯(lián)合作用下的主軸系統(tǒng)動力學(xué)特性。主要研究內(nèi)容如下:(1)計(jì)算電機(jī)的損耗發(fā)熱和混合陶瓷球軸承的摩擦發(fā)熱;分析初始預(yù)緊力、初始接觸角、滾動體數(shù)目、潤滑油粘度對軸承發(fā)熱量的影響。根據(jù)電主軸對流換熱的特點(diǎn),計(jì)算相關(guān)零部件的對流換熱系數(shù)與轉(zhuǎn)速的關(guān)系?;谟邢拊浖嗀NSYS,研究電主軸轉(zhuǎn)速為6000r/min時的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和熱變形等熱態(tài)特性,對兩種改進(jìn)軸承溫升的措施進(jìn)行分析。(2)根據(jù)軸承系統(tǒng)的熱.力學(xué)模型計(jì)算熱誘導(dǎo)預(yù)緊力。研究混合陶瓷球軸承的軸向預(yù)緊,計(jì)算軸
3、承的徑向剛度。分析熱誘導(dǎo)預(yù)緊力和離心力的聯(lián)合作用對軸承實(shí)際預(yù)緊力以及徑向剛度的影響。以ANSYS軟件為平臺,建立主軸系統(tǒng)在熱影響下的三維有限元模型。與電主軸傳統(tǒng)的動態(tài)特性分析不同,本文在熱誘導(dǎo)預(yù)緊力和離心力的聯(lián)合作用下研究電主軸的模態(tài)及諧響應(yīng)特性。分析主軸系統(tǒng)的動剛度隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢以及前端、中端、后端三個位置在共振頻率處所發(fā)生的最大動態(tài)位移,為車削電主軸的動態(tài)特性設(shè)計(jì)提供理論參考依據(jù)。關(guān)鍵詞:車削電主軸;熱態(tài);熱誘導(dǎo)預(yù)緊力;動態(tài):有限元;ANSYS廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTWhenthelathemotorizedspindleoperates,itsthermal
4、lossofmotorandfrictionheatofbearingswillincreasethewholesystemtemperature.Thebearingsystemwillinducethermalpreloadundertheinfluenceoftemperaturerise,resultinginincreasethebearingpreload.Thebearingpreloaddirectlydeterminesthebearingstiffness,bearingstiffnessdirectlyaffectsthenaturalfrequencyand
5、dynamicresponseofthewholespindlesystem.Thebearingcentrifugalforcecan’tbeignoredwhenthespindleworksathighspeed.Therefore,bydeducingtheequationbetweenbearingtemperatureandthermallyinducedpreload,thecouplingmodelcanbeestablishedbetweenthelathemotorizedspindlethermalcharacteristicsandspindledynami
6、c.Andweanalyzedynamiccharacteristicsofthemotorizedspindleaffectedbythethermalstate.Thispaperfirstusesthefiniteelementtoanalyzethethermal—structurecharacteristicsofthemotorizedspindleastheANSYSsoftwareforplatform.Thenpickuptheinnerring,ballandouterringtemperatureafterthesteady-statethermalanaly
7、sisofthemotorizedspindletocalculatethethermallyinducedpreload.Atlast.studythespindledynamiccharacteristicsunderthecombinedeffectsofthethermallyinducedpreloadandthecentrifugalforce.Themainresearchcontentsasfollows:(1)Thebearingfrictionhe